KR20200012792A - 화합물 및 이를 포함하는 유기 발광 소자 - Google Patents

화합물 및 이를 포함하는 유기 발광 소자 Download PDF

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Abstract

본 명세서는 화학식 1의 화합물 및 이를 포함한 유기 발광 소자를 제공한다.

Description

화합물 및 이를 포함하는 유기 발광 소자{COMPOUND AND ORGANIC LIGHT EMITTING DEVICE COMPRISING THE SAME}
본 명세서는 화합물 및 이를 포함하는 유기 발광 소자에 관한 것이다.
본 출원은 2018년 7월 27일에 한국특허청에 제출된 한국 특허 출원 제10- 2018-0087811호의 출원일의 이익을 주장하며, 그 내용 전부는 본 명세서에 포함된다.
유기발광소자는 2개의 전극 사이에 유기박막을 배치시킨 구조를 가지고 있다. 이와 같은 구조의 유기발광소자에 전압이 인가되면, 2개의 전극으로부터 주입된 전자와 정공이 유기박막에서 결합하여 쌍을 이룬 후 소멸하면서 빛을 발하게 된다. 상기 유기박막은 필요에 따라 단층 또는 다층으로 구성될 수 있다.
유기박막의 재료는 필요에 따라 발광 기능을 가질 수 있다. 예컨대, 유기박막 재료로는 그 자체가 단독으로 발광층을 구성할 수 있는 화합물이 사용될 수도 있고, 또는 호스트-도펀트계 발광층의 호스트 또는 도펀트 역할을 할 수 있는 화합물이 사용될 수도 있다. 그 외에도, 유기박막의 재료로서, 정공주입, 정공수송, 전자블록킹, 정공블록킹, 전자수송 또는 전자주입 등의 역할을 수행할 수 있는 화합물이 사용될 수도 있다.
유기발광소자의 성능, 수명 또는 효율을 향상시키기 위하여, 유기박막의 재료의 개발이 지속적으로 요구되고 있다.
국제 특허 출원 공개 제2003-012890호
본 명세서는 화합물 및 이를 포함하는 유기 발광 소자를 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 제공한다.
[화학식 1]
Figure pat00001
상기 화학식 1에 있어서,
X1 및 X2 중 하나는 니트릴기고,
X1 및 X2 중 니트릴기가 아닌 치환기는 -L1-Ar1이며,
L1은 직접결합; 또는 치환 또는 비치환된 아릴렌기이고,
Ar1은 하기 화학식 2로 표시되며,
[화학식 2]
Figure pat00002
상기 화학식 2에 있어서,
Y는 O, S 또는 NR9이고,
R1 내지 R9 중 하나는 상기 L1과 결합하고, 나머지는 각각 독립적으로 수소; 또는 치환 또는 비치환된 아릴기이거나, 인접한 기와 서로 결합하여 고리를 형성한다.
또한, 본 출원은 제1 전극; 상기 제1 전극과 대향하여 구비된 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비된 1층 이상의 유기물층을 포함하는 유기 발광 소자로서, 상기 유기물층 중 1 층 이상은 전술한 화합물을 포함하는 것인 유기 발광 소자를 제공한다.
본 출원의 일 실시상태에 따른 화합물은 유기 발광 소자에 사용되어, 유기 발광 소자의 휘도를 높히고, 수명을 늘리며, 구동전압을 낮추고, 광효율을 향상시키며, 화합물의 열적 안정성에 의하여 소자의 수명 특성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 화합물은 트리페닐렌의 1, 3 위치에 치환기가 결합하는 구조로, 평평한 구조의 트리페닐렌의 1, 4 위치에 치환기가 결합하는 경우, 화합물은 양쪽 대칭인 구조를 갖기 때문에 용해도가 낮으며, 승화 온도가 높이지는 경향이 있다. 따라서, 트리페닐렌의 1, 3 위치에 치환기를 결합하면 화합물은 비대칭인 구조를 갖게되어 용해도가 높아지고 열안정성이 높아져서 유기 발광 소자 공정에 적합하다.
본 발명의 Ar1은 화학식 2이며, 상기 화학식 2는 O, S, 또는 N을 포함하는 헤테로고리기이다. Ar1이 화학식 2와 같이 헤테로원자를 포함하는 경우, Ar1 내의 헤테로원자와 L1 및 Ar1의 결합 위치를 조절함에 따라 화합물의 에너지 준위, 즉 HOMO나 LUMO 그리고 삼중항 에너지 등의 조절이 용이하여 소자 제작 시 인접층과의 다양한 조합이 가능하다.
도 1은 기판(1), 양극(2), 발광층(3), 음극(4)이 순차적으로 적층된 유기 발광 소자의 예를 도시한 것이다.
도 2는 기판(1), 양극(2), 정공주입층(5), 정공수송층(6). 발광층(3), 정공저지층(7), 전자수송층(8), 음극(4)이 순차적으로 적층된 유기 발광 소자의 예를 도시한 것이다.
이하, 본 명세서에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
본 명세서는 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 제공한다.
본 발명의 Ar1은 화학식 2이다. Ar1이 화학식 2가 아닌 6원고리로 이루어진 3환고리인 경우, LUMO가 매우 깊고 삼중항 에너지가 상대적으로 낮은 편이기 때문에 연결 위치를 바꾼다 해도 이를 조절하기가 쉽지 않다. 또한, Ar1이 결합하지 않는 쪽에는 니트릴기가 결합하기 때문에 n-type 특성으로만 치우쳐져 발광층에서의 charge balance를 맞추기 어렵기 때문에, 상기 화학식 2와 같은 5원 고리를 포함하는 3환 이상의 헤테로고리를 사용하는 것이 바람직하다.
본 명세서에서 치환기의 예시들은 아래에서 설명하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 "치환"이라는 용어는 화합물의 탄소 원자에 결합된 수소 원자가 다른 치환기로 바뀌는 것을 의미하며, 치환되는 위치는 수소 원자가 치환되는 위치 즉, 치환기가 치환 가능한 위치라면 한정하지 않으며, 2 이상 치환되는 경우, 2 이상의 치환기는 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
본 명세서에서 "치환 또는 비치환된" 이라는 용어는 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 알킬기; 시클로알킬기; 알콕시기; 아릴기; 및 헤테로고리기로 이루어진 군에서 선택된 1 또는 2 이상의 치환기로 치환되었거나 상기 예시된 치환기 중 2 이상의 치환기가 연결된 치환기로 치환되거나, 또는 어떠한 치환기도 갖지 않는 것을 의미한다. 예컨대, "2 이상의 치환기가 연결된 치환기"는 바이페닐기일 수 있다. 즉, 바이페닐기는 아릴기일 수도 있고, 2개의 페닐기가 연결된 치환기로 해석될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 할로겐기의 예로는 불소, 염소, 브롬 또는 요오드가 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 알킬기는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있고, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나 1 내지 50인 것이 바람직하다. 구체적인 예로는 메틸, 에틸, 프로필, n-프로필, 이소프로필, 부틸, n-부틸, 이소부틸, tert-부틸, sec-부틸, 1-메틸-부틸, 1-에틸-부틸, 펜틸, n-펜틸, 이소펜틸, 네오펜틸, tert-펜틸, 헥실, n-헥실, 1-메틸펜틸, 2-메틸펜틸, 4-메틸-2-펜틸, 3,3-디메틸부틸, 2-에틸부틸, 헵틸, n-헵틸, 1-메틸헥실, 시클로펜틸메틸, 시클로헥실메틸, 옥틸, n-옥틸, tert-옥틸, 1-메틸헵틸, 2-에틸헥실, 2-프로필펜틸, n-노닐, 2,2-디메틸헵틸, 1-에틸프로필, 1,1-디메틸프로필, 이소헥실, 2-메틸펜틸, 4-메틸헥실, 5-메틸헥실 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 시클로알킬기는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 3 내지 30인 것이 바람직하며, 구체적으로 시클로프로필, 시클로부틸, 시클로펜틸, 3-메틸시클로펜틸, 2,3-디메틸시클로펜틸, 시클로헥실, 3-메틸시클로헥실, 4-메틸시클로헥실, 2,3-디메틸시클로헥실, 3,4,5-트리메틸시클로헥실, 4-tert-부틸시클로헥실, 시클로헵틸, 시클로옥틸 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 상기 알콕시기는 직쇄, 분지쇄 또는 고리쇄일 수 있다. 알콕시기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 1 내지 30인 것이 바람직하다. 구체적으로, 메톡시, 에톡시, n-프로폭시, 이소프로폭시, i-프로필옥시, n-부톡시, 이소부톡시, tert-부톡시, sec-부톡시, n-펜틸옥시, 네오펜틸옥시, 이소펜틸옥시, n-헥실옥시, 3,3-디메틸부틸옥시, 2-에틸부틸옥시, n-옥틸옥시, n-노닐옥시, n-데실옥시, 벤질옥시, p-메틸벤질옥시 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서 상기 아릴기가 단환식 아릴기인 경우 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 6 내지 30인 것이 바람직하다. 구체적으로 단환식 아릴기로는 페닐기, 바이페닐기, 터페닐기 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 아릴기가 다환식 아릴기인 경우 탄소수는 특별히 한정되지 않으나. 탄소수 10 내지 24인 것이 바람직하다. 구체적으로 다환식 아릴기로는 나프틸기, 안트라센기, 페난트렌기, 파이레닐기, 페릴레닐기, 크라이센기, 플루오렌기 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 헤테로아릴기는 탄소가 아닌 원자, 이종원자를 1 이상 포함하는 것으로서, 구체적으로 상기 이종 원자는 O, N, Se, Si 및 S 등으로 이루어진 군에서 선택되는 원자를 1 이상 포함할 수 있다. 헤테로아릴기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 2 내지 60 또는 탄소수 2 내지 30인 것이 바람직하다. 헤테로아릴기의 예로는 티오펜기, 퓨란기, 피롤기, 이미다졸릴기, 티아졸릴기, 옥사졸릴기, 옥사디아졸릴기, 트리아졸릴기, 피리딜기, 비피리딜기, 피리미딜기, 트리아지닐기, 아크리딜기, 피리다지닐기, 피라지닐기, 퀴놀리닐기, 퀴나졸리닐기, 퀴녹살리닐기, 프탈라지닐기, 피리도피리미디닐기, 피리도피라지닐기, 피라지노피라지닐기, 이소퀴놀리닐기, 인돌기, 카바졸릴기, 벤즈옥사졸릴기, 벤즈이미다졸릴기, 벤조티아졸릴기, 벤조카바졸릴기, 디벤조카바졸릴기, 벤조티오펜기, 디벤조티오펜기, 벤조퓨란기, 디벤조퓨란기, 벤조실롤기, 디벤조실롤기, 페난트롤리닐기(phenanthrolinyl group), 이소옥사졸릴기, 티아디아졸릴기, 페노티아지닐기, 페녹사진기 및 이들의 축합구조 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 치환기 중 "인접한 2개는 서로 결합하여 고리를 형성한다"는 의미는 인접한 기와 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 탄화수소고리; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리를 형성하는 것을 의미한다.
본 명세서에 있어서, 고리는 치환 또는 비치환된 탄화수소고리; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리를 의미한다.
본 명세서에 있어서, 탄화수소고리는 방향족, 지방족 또는 방향족과 지방족의 축합고리일 수 있으며, 상기 1가가 아닌 것을 제외하고 상기 시클로알킬기 또는 아릴기의 예시 중에서 선택될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 방향족고리는 단환 또는 다환일 수 있으며, 1가가 아닌 것을 제외하고 상기 아릴기의 예시 중에서 선택될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 헤테로고리는 탄소가 아닌 원자, 이종원자를 1 이상 포함하는 것으로서, 구체적으로 상기 이종 원자는 O, N, Se 및 S 등으로 이루어진 군에서 선택되는 원자를 1 이상 포함할 수 있다. 상기 헤테로고리는 단환 또는 다환일 수 있으며, 방향족, 지방족 또는 방향족과 지방족의 축합고리일 수 있으며, 1가가 아닌 것을 제외하고 상기 헤테로아릴기의 예시 중에서 선택될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 아릴렌기는 아릴기에 결합 위치가 두 개 있는 것, 즉 2가기를 의미한다. 이들은 각각 2가기인 것을 제외하고는 전술한 아릴기의 설명이 적용될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 X1은 니트릴기이고, 상기 X2는 -L1-Ar1이거나, 상기 X2가 니트릴기이고, 상기 X1이 -L1-Ar1이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 X1은 니트릴기이고, 상기 X2는 -L1-Ar1이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 X2가 니트릴기이고, 상기 X1이 -L1-Ar1이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L1은 직접결합; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴렌기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L1은 직접결합; 또는 탄소수 6 내지 20의 아릴렌기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L1은 직접결합; 치환 또는 비치환된 페닐렌기; 치환 또는 비치환된 비페닐릴렌기; 또는 치환 또는 비치환된 나프틸렌기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L1은 직접결합; 페닐렌기; 비페닐릴렌기; 또는 나프틸렌기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 2로 표시되는 Ar1은 하기 화학식 2-1 내지 2-5 중 어느 하나로 표시된다.
[화학식 2-1]
Figure pat00003
[화학식 2-2]
Figure pat00004
[화학식 2-3]
Figure pat00005
[화학식 2-4]
Figure pat00006
[화학식 2-5]
Figure pat00007
상기 화학식 2-1 내지 2-5에 있어서,
R1 내지 R9 중 하나는 상기 L1과 결합하고, 나머지는 각각 독립적으로 수소; 또는 치환 또는 비치환된 아릴기이이고,
R10은 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 알킬기; 또는 치환 또는 비치환된 아릴기이고,
m은 0 내지 4의 정수이고, m이 2 이상인 경우, 상기 R10은 서로 같거나 상이하며,
R11 내지 R13은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 2-1에 있어서, R1 내지 R4 중 어느 하나와 L1은 결합하고, L1과 결합하지 않은 R1 내지 R4는 수소이다.
본 명세서 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 2-1에 있어서, R5 내지 R8은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 또는 치환 또는 비치환된 아릴기이다.
본 명세서 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 2-1에 있어서, R5 내지 R8은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 또는 아릴기이다.
본 명세서 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 2-1에 있어서, R5 내지 R8은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 또는 탄소수 6 내지 20의 아릴기이다.
본 명세서 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 2-1에 있어서, R5 내지 R8은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 또는 페닐기이다.
본 명세서 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 2-1에 있어서, R5 내지 R8 중 하나는 아릴기이고, 나머지는 수소이다.
본 명세서 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 2-1에 있어서, R5 내지 R8 중 하나는 탄소수 6 내지 20의 아릴기이고, 나머지는 수소이다.
본 명세서 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 2-1에 있어서, R5 내지 R8 중 하나는 페닐기, 바이페닐기, 터페닐기, 또는 나프틸기이고, 나머지는 수소이다.
본 명세서 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 2-1에 있어서, R5 내지 R8 중 하나는 페닐기이고, 나머지는 수소이다.
본 명세서 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 2-1에 있어서, R5 내지 R8은 수소이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 2-2에 있어서, R1 내지 R4 중 어느 하나와 L1은 결합하고, L1과 결합하지 않은 R1 내지 R4는 수소이다.
본 명세서 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 2-2에 있어서, R5 내지 R8은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 또는 치환 또는 비치환된 아릴기이다.
본 명세서 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 2-2에 있어서, R5 내지 R8은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 또는 아릴기이다.
본 명세서 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 2-2에 있어서, R5 내지 R8은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 또는 탄소수 6 내지 20의 아릴기이다.
본 명세서 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 2-2에 있어서, R5 내지 R8은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 페닐기; 바이페닐기; 터페닐기; 또는 나프틸기이다.
본 명세서 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 2-2에 있어서, R5 내지 R8은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 또는 페닐기이다.
본 명세서 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 2-2에 있어서, R5 내지 R8 중 하나는 아릴기이고, 나머지는 수소이다.
본 명세서 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 2-2에 있어서, R5 내지 R8 중 하나는 탄소수 6 내지 20의 아릴기이고, 나머지는 수소이다.
본 명세서 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 2-2에 있어서, R5 내지 R8 중 하나는 페닐기, 바이페닐기, 터페닐기, 또는 나프틸기이고, 나머지는 수소이다.
본 명세서 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 2-2에 있어서, R5 내지 R8 중 하나는 페닐기이고, 나머지는 수소이다.
본 명세서 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 2-2에 있어서, R5 내지 R8은 수소이다.
본 명세서 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 2-3에 있어서, R9는 L1과 결합한다.
본 명세서 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 2-3에 있어서, R9는 L1과 결합하고, R1 내지 R8은 수소이다.
본 명세서 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 2-4에 있어서, R9는 L1과 결합한다.
본 명세서 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 2-4에 있어서, R5 내지 R8은 수소이다.
본 명세서 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 2-4에 있어서, R10은 수소이다.
본 명세서 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 2-4에 있어서, R11은 치환 또는 비치환된 아릴기이다.
본 명세서 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 2-4에 있어서, R11은 아릴기이다.
본 명세서 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 2-4에 있어서, R11은 탄소수 6 내지 20의 아릴기이다.
본 명세서 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 2-4에 있어서, R11은 치환 또는 비치환된 페닐기다.
본 명세서 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 2-4에 있어서, R11은 페닐기, 바이페닐기, 터페닐기, 나프틸기, 안트라센기, 페난쓰렌기, 또는 트리페닐렌기이다.
본 명세서 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 2-4에 있어서, R11은 페닐기다.
본 명세서 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 2-5에 있어서, R9는 L1과 결합한다.
본 명세서 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 2-5에 있어서, R5 내지 R8은 수소이다.
본 명세서 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 2-5에 있어서, R10은 수소이다.
본 명세서 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 2-5에 있어서, R12 및 R13은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 알킬기; 또는 치환 또는 비치환된 아릴기이다.
본 명세서 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 2-5에 있어서, R12 및 R13은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 알킬기이다.
본 명세서 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 2-5에 있어서, R12 및 R13은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 알킬기이다.
본 명세서 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 2-5에 있어서, R12 및 R13은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 10의 알킬기이다.
본 명세서 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 2-5에 있어서, R12 및 R13은 메틸기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 구조식들 중에서 선택된다.
Figure pat00008
Figure pat00009
Figure pat00010
Figure pat00011
Figure pat00012
Figure pat00013
Figure pat00014
Figure pat00015
Figure pat00016
Figure pat00017
본 출원의 일 실시 상태에 따른 화합물은 후술하는 제조방법으로 제조될 수 있다.
예컨데 상기 화학식 1의 화합물은 하기 반응식 1과 같이 화학식 1의 화합물이 제조될수 있다. 치환기는 당기술분야에 알려져 있는 방법에 의하여 결합될 수 있으며, 치환기의 종류, 위치 또는 개수는 당기술분야에 알려져 있는 기술에 따라 변경될 수 있다.
[반응식 1]
Figure pat00018
본 명세서의 일 실시상태에 따른 화학식 1의 일반적인 제조방법은 상기와 같다. 1,3 위치에 할라이드(halide)가 치환되어 있는 트리페닐렌은 할라이드(halide)의 반응성 차이를 이용하여 한 쪽에만 나이트릴기를 도입할 수 있다. 이어서는 통상적으로 널리 사용되는 스즈키 반응을 통해 화학식 1의 화합물을 합성할 수 있다.
또한, 본 명세서는 상기 전술한 화합물을 포함하는 유기 발광 소자를 제공한다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 제1 전극; 상기 제1 전극과 대향하여 구비된 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비된 1층 이상의 유기물층을 포함하는 유기 발광 소자로서, 상기 유기물층 중 1 층 이상은 상기 화합물을 포함하는 것인 유기 발광 소자를 제공한다.
본 명세서에서 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 출원의 유기 발광 소자의 유기물층은 단층 구조로 이루어질 수도 있으나, 2층 이상의 유기물층이 적층된 다층 구조로 이루어질 수 있다. 예컨대, 본 발명의 유기 발광 소자의 대표적인 예로서, 상기 유기 발광 소자는 유기물층으로서 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층, 전자주입층 등을 포함하는 구조를 가질 수 있다. 그러나 유기 발광 소자의 구조는 이에 한정되지 않고 더 적은 수의 유기층을 포함할 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 발광층을 포함하고, 상기 발광층은 상기 화합물을 포함한다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 발광층을 포함하고, 상기 발광층은 상기 화합물을 포함하며, 상기 발광층은 녹색발광층이다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 발광층을 포함하고, 상기 발광층은 상기 화합물을 호스트로서 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1의 화합물을 포함하는 유기물층은 상기 화학식 1의 화합물을 호스트로서 포함하고, 다른 유기화합물, 금속 또는 금속화합물을 도펀트로 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1의 화합물을 포함하는 유기물층은 상기 화학식 1의 화합물을 호스트로서 포함하고, 이리듐계 도펀트를 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1의 화합물을 포함하는 유기물층은 상기 화학식 1의 화합물을 호스트로서 포함하고, 인광 도펀트를 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1의 화합물을 포함하는 유기물층은 상기 화학식 1의 화합물을 호스트로서 포함하고, 적색 또는 녹색 인광 도펀트를 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1의 화합물을 포함하는 유기물층은 상기 화학식 1의 화합물을 호스트로서 포함하고, 이리듐계 인광 도펀트를 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 발광층은 상기 화합물과 도펀트를 1:99 내지 99:1의 중량비로 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 발광층은 상기 화합물과 도펀트를 2:1 내지 99:1의 중량비로 포함한다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 정공주입층 또는 정공수송층을 포함하고, 상기 정공주입층 또는 정공수송층은 상기 화합물을 포함한다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 정공주입층, 정공수송층 또는 정공 주입 및 수송층을 포함하고, 상기 정공주입층, 정공수송층 또는 정공 주입 및 수송층은 상기 화합물을 포함한다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 전자수송층 또는 전자주입층을 포함하고, 상기 전자수송층 또는 전자주입층은 상기 화합물을 포함한다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 전자주입층, 전자수송층 또는 전자 주입 및 수송층을 포함하고, 상기 전자주입층, 전자수송층 또는 전자 주입 및 수송층은 상기 화합물을 포함한다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기 발광 소자는 제1 전극; 상기 제1 전극과 대향하여 구비된 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비된 발광층; 상기 발광층과 상기 제1 전극 사이, 또는 상기 발광층과 상기 제2 전극 사이에 구비된 2층 이상의 유기물층을 포함하고, 상기 2층 이상의 유기물층 중 적어도 하나는 상기 화합물을 포함한다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 유기 발광 소자는 기판 상에 양극, 1층 이상의 유기물층 및 음극이 순차적으로 적층된 구조(normal type)의 유기 발광 소자일 수 있다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 유기 발광 소자는 기판 상에 음극, 1층 이상의 유기물층 및 양극이 순차적으로 적층된 역방향 구조(inverted type)의 유기 발광 소자일 수 있다.
예컨대, 본 출원의 일 실시상태에 따른 유기 발광 소자의 구조는 도 1 및 2에 예시되어 있다.
도 1은 기판(1), 양극(2), 발광층(3), 음극(4)이 순차적으로 적층된 유기 발광 소자의 구조가 예시되어 있다. 이와 같은 구조에 있어서, 상기 화합물은 상기 발광층(3)에 포함될 수 있다.
도 2는 기판(1), 양극(2), 정공주입층(5), 정공수송층(6). 발광층(3), 정공저지층(7), 전자수송층(8), 음극(4)이 순차적으로 적층된 유기 발광 소자의 예를 도시한 것이다.
본 출원의 유기 발광 소자는 유기물층 중 1층 이상이 본 출원의 화합물, 즉 상기 화합물을 포함하는 것을 제외하고는 당 기술분야에 알려져 있는 재료와 방법으로 제조될 수 있다.
상기 유기 발광 소자가 복수개의 유기물층을 포함하는 경우, 상기 유기물층은 동일한 물질 또는 다른 물질로 형성될 수 있다.
예컨대, 본 출원의 유기 발광 소자는 기판 상에 제1 전극, 유기물층 및 제2 전극을 순차적으로 적층시킴으로써 제조할 수 있다. 이 때 스퍼터링법(sputtering)이나 전자빔 증발법(e-beam evaporation)과 같은 PVD(physical Vapor Deposition)방법을 이용하여, 기판 상에 금속 또는 전도성을 가지는 금속 산화물 또는 이들의 합금을 증착시켜 양극을 형성하고, 그 위에 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층 및 전자 수송층을 포함하는 유기물층을 형성한 후, 그 위에 음극으로 사용할 수 있는 물질을 증착시킴으로써 제조될 수 있다. 이와 같은 방법 외에도, 기판 상에 음극 물질부터 유기물층, 양극 물질을 차례로 증착시켜 유기 발광 소자를 만들 수 있다.
또한, 상기 화학식 1의 화합물은 유기 발광 소자의 제조시 진공 증착법 뿐만 아니라 용액 도포법에 의하여 유기물층으로 형성될 수 있다. 여기서, 용액 도포법이라 함은 스핀 코팅, 딥코팅, 닥터 블레이딩, 잉크젯프린팅, 스크린 프린팅, 스프레이법, 롤 코팅 등을 의미하지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
이와 같은 방법 외에도, 기판 상에 음극 물질로부터 유기물층, 양극 물질을 차례로 증착시켜 유기 발광 소자를 만들 수도 있다 (국제 특허 출원 공개 제 2003/012890호). 다만, 제조 방법이 이에 한정되는 것은 아니다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 전극은 양극이고, 상기 제2 전극은 음극이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 제1 전극은 음극이고, 상기 제2 전극은 양극이다.
상기 양극 물질로는 통상 유기물층으로 정공 주입이 원활할 수 있도록 일함수가 큰 물질이 바람직하다. 본 발명에서 사용될 수 있는 양극 물질의 구체적인 예로는 바나듐, 크롬, 구리, 아연, 금과 같은 금속 또는 이들의 합금; 아연 산화물, 인듐 산화물, 인듐주석 산화물(ITO), 인듐아연 산화물(IZO)과 같은 금속 산화물; ZnO:Al 또는 SnO2 : Sb와 같은 금속과 산화물의 조합; 폴리(3-메틸티오펜), 폴리[3,4-(에틸렌-1,2-디옥시)티오펜](PEDOT), 폴리피롤 및 폴리아닐린과 같은 전도성 고분자 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
상기 음극 물질로는 통상 유기물층으로 전자 주입이 용이하도록 일함수가 작은 물질인 것이 바람직하다. 음극 물질의 구체적인 예로는 마그네슘, 칼슘, 나트륨, 칼륨, 티타늄, 인듐, 이트륨, 리튬, 가돌리늄, 알루미늄, 은, 주석 및 납과 같은 금속 또는 이들의 합금; LiF/Al 또는 LiO2/Al과 같은 다층 구조 물질 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
상기 정공 주입층은 전극으로부터 정공을 주입하는 층으로, 정공 주입 물질로는 정공을 수송하는 능력을 가져 양극에서의 정공 주입효과, 발광층 또는 발광재료에 대하여 우수한 정공 주입 효과를 갖고, 발광층에서 생성된 여기자의 전자주입층 또는 전자주입재료에의 이동을 방지하며, 또한, 박막 형성 능력이 우수한 화합물이 바람직하다. 정공 주입 물질의 HOMO(highest occupied molecular orbital)가 양극 물질의 일함수와 주변 유기물층의 HOMO 사이인 것이 바람직하다. 정공 주입 물질의 구체적인 예로는 금속 포피린(porphyrin), 올리고티오펜, 아릴아민 계열의 유기물, 헥사니트릴헥사아자트리페닐렌 계열의 유기물, 퀴나크리돈(quinacridone)계열의 유기물, 페릴렌(perylene) 계열의 유기물, 안트라퀴논 및 폴리아닐린과 폴리티오펜 계열의 전도성 고분자 등이 있으나, 이들에만 한정 되는 것은 아니다.
상기 정공 수송층은 정공주입층으로부터 정공을 수취하여 발광층까지 정공을 수송하는 층으로, 정공 수송 물질로는 양극이나 정공 주입층으로부터 정공을 수송받아 발광층으로 옮겨줄 수 있는 물질로 정공에 대한 이동성이 큰 물질이 적합하다. 구체적인 예로는 아릴아민 계열의 유기물, 전도성 고분자, 및 공액 부분과 비공액 부분이 함께 있는 블록 공중합체 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
상기 발광 물질로는 정공 수송층과 전자 수송층으로부터 정공과 전자를 각각 수송받아 결합시킴으로써 가시광선 영역의 빛을 낼 수 있는 물질로서, 형광이나 인광에 대한 양자 효율이 좋은 물질이 바람직하다. 구체적인 예로는 8-히드록시-퀴놀린 알루미늄 착물(Alq3); 카르바졸 계열 화합물; 이량체화 스티릴(dimerized styryl) 화합물; BAlq; 10-히드록시벤조 퀴놀린-금속 화합물; 벤족사졸, 벤즈티아졸 및 벤즈이미다졸 계열의 화합물; 폴리(p-페닐렌비닐렌)(PPV) 계열의 고분자; 스피로(spiro) 화합물; 폴리플루오렌, 루브렌 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
상기 발광층은 호스트 재료 및 도펀트 재료로 상기 화학식 1의 화합물 외에 다른 화합물을 더 포함할 수 있다. 호스트 재료는 축합 방향족환 유도체 또는 헤테로환 함유 화합물 등이 있다. 구체적으로 축합 방향족환 유도체로는 안트라센 유도체, 피렌 유도체, 나프탈렌 유도체, 펜타센 유도체, 페난트렌 화합물, 플루오란텐 화합물 등이 있고, 헤테로환 함유 화합물로는 화합물, 디벤조퓨란 유도체, 래더형 퓨란 화합물, 피리미딘 유도체 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 전자 수송층은 전자주입층으로부터 전자를 수취하여 발광층까지 전자를 수송하는 층으로, 전자 수송 물질로는 음극으로부터 전자를 잘 주입 받아 발광층으로 옮겨줄 수 있는 물질로서, 전자에 대한 이동성이 큰 물질이 적합하다. 구체적인 예로는 8-히드록시퀴놀린의 Al착물; Alq3를 포함한 착물; 유기 라디칼 화합물; 히드록시플라본-금속 착물 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다. 전자 수송층은 종래기술에 따라 사용된 바와 같이 임의의 원하는 캐소드 물질과 함께 사용할 수 있다. 특히, 적절한 캐소드 물질의 예는 낮은 일함수를 가지고 알루미늄층 또는 실버층이 뒤따르는 통상적인 물질이다. 구체적으로 세슘, 바륨, 칼슘, 이테르븀 및 사마륨이고, 각 경우 알루미늄 층 또는 실버층이 뒤따른다.
상기 전자주입층은 전극으로부터 전자를 주입하는 층으로, 전자를 수송하는 능력을 갖고, 음극으로부터의 전자주입 효과, 발광층 또는 발광 재료에 대하여 우수한 전자주입 효과를 가지며, 발광층에서 생성된 여기자의 정공 주입층에의 이동을 방지하고, 또한, 박막형성능력이 우수한 화합물이 바람직하다. 구체적으로는 플루오레논, 안트라퀴노다이메탄, 다이페노퀴논, 티오피란 다이옥사이드, 옥사졸, 옥사다이아졸, 트리아졸, 이미다졸, 페릴렌테트라카복실산, 프레오레닐리덴 메탄, 안트론 등과 그들의 유도체, 금속 착체 화합물 및 함질소 5원환 유도체 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 금속 착체 화합물로서는 8-하이드록시퀴놀리나토 리튬, 비스(8-하이드록시퀴놀리나토)아연, 비스(8-하이드록시퀴놀리나토)구리, 비스(8-하이드록시퀴놀리나토)망간, 트리스(8-하이드록시퀴놀리나토)알루미늄, 트리스(2-메틸-8-하이드록시퀴놀리나토)알루미늄, 트리스(8-하이드록시퀴놀리나토)갈륨, 비스(10-하이드록시벤조[h]퀴놀리나토)베릴륨, 비스(10-하이드록시벤조[h]퀴놀리나토)아연, 비스(2-메틸-8-퀴놀리나토)클로로갈륨, 비스(2-메틸-8-퀴놀리나토)(o-크레졸라토)갈륨, 비스(2-메틸-8-퀴놀리나토)(1-나프톨라토)알루미늄, 비스(2-메틸-8-퀴놀리나토)(2-나프톨라토)갈륨 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 정공저지층은 정공의 음극 도달을 저지하는 층으로, 일반적으로 정공주입층과 동일한 조건으로 형성될 수 있다. 구체적으로 옥사디아졸 유도체나 트리아졸 유도체, 페난트롤린 유도체, BCP, 알루미늄 착물 (aluminum complex) 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 명세서에 따른 유기 발광 소자는 사용되는 재료에 따라 전면 발광형, 후면 발광형 또는 양면 발광형일 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 화합물 및 이를 포함하는 유기 발광 소자의 제조는 이하 실시예에서 구체적으로 설명한다. 그러나 하기 실시예는 본 명세서를 예시하기 위한 것이며, 본 명세서의 범위가 이들에 의하여 한정되는 것은 아니다.
< 제조예 >
제조예 1. 화합물 1의 제조
Figure pat00019
1-브로모-3-클로로트리페닐렌 (10g,29.41mmol)을 디메틸포름아마이드 (Dimethylformamide) 90ml 에 완전히 녹인 후 환류될 때까지 온도를 높이면서 교반하였다. 환류되기 시작하면 사이아나이드 아연(Zinc cyanide) (1.73g, 14.71mmol)와 테트라키스(트리페닐 포스핀)팔라듐 (Tetrakis(triphenyl phosphine)palladium)(0) 5mol%를 천천히 투입하고 2시간 후 반응 종료하여 온도를 상온으로 낮추고 감압 하에서 농축한 후 컬럼 정제하여 5.40g (수율 64%)의 중간체 1-1을 제조하였다.
상기 중간체 1-1 (5.40g, 18.82mmol)과 디벤조[b,d]퓨란-4-일 보론산 (4.39g, 20.70mmol) 그리고 테트라키스(트리페닐 포스핀)팔라듐 (Tetrakis(triphenyl phosphine)palladium)(0) 2mol%를 테트라하이드로퓨란(Tetrahydrofuran) 60ml에 넣고 포타슘 카보네이트(potassium carbonate)(7.80g, 56.46mmol) 수용액과 섞어 교반하며 환류될 때까지 온도를 높였다. 환류되기 시작하고 6시간 후 반응 종료하여 온도를 상온으로 낮추고 감압 하에서 농축한 후 컬럼 정제하여 4.50g (수율 57%)의 화합물 1을 제조하였다.
MS[M+H]+= 420
제조예 2. 화합물 2의 제조
Figure pat00020
상기 중간체 1-1 (10g, 34.84mmol)과 디벤조[b,d]티오펜-2-일 보론산(8.74g, 38.32mmol) 그리고 테트라키스(트리페닐 포스핀)팔라듐(0) 2mol%를 테트라하이드로퓨란 100ml에 넣고 포타슘 카보네이트 (14.44g, 104.52mmol) 수용액과 섞어 교반하며 환류될 때까지 온도를 높였다. 환류되기 시작하고 8시간 후 반응 종료하여 온도를 상온으로 낮추고 감압 하에서 농축한 후 컬럼 정제하여 9.09g (수율 60%)의 화합물 2를 제조하였다.
MS[M+H]+= 436
제조예 3. 화합물 3의 제조
Figure pat00021
상기 중간체 1-1 (10g, 34.84mmol)과 (4-(6-페닐디벤조 [b,d]퓨란-4-일)페닐)보론산 (13.95g, 38.32mmol) 그리고 테트라키스(트리페닐 포스핀)팔라듐(0) 2mol%를 테트라하이드로퓨란 100ml에 넣고 포타슘 카보네이트(14.44g, 104.52mmol) 수용액과 섞어 교반하며 환류될 때까지 온도를 높였다. 환류되기 시작하고 8시간 후 반응 종료하여 온도를 상온으로 낮추고 감압 하에서 농축한 후 컬럼 정제하여 12.53g (수율 63%)의 화합물 3을 제조하였다.
MS[M+H]+= 572
제조예 4. 화합물 4의 제조
Figure pat00022
상기 중간체 1-1 (10g, 34.84mmol)과 (3-(6-페닐디벤조[b,d]티오펜-2-일)페닐)보론산 (14.56g, 38.32mmol) 그리고 테트라키스(트리페닐 포스핀)팔라듐(0) 2mol%를 테트라하이드로퓨란 100ml에 넣고 포타슘 카보네이트 (14.44g, 104.52mmol) 수용액과 섞어 교반하며 환류될 때까지 온도를 높였다. 환류되기 시작하고 8시간 후 반응 종료하여 온도를 상온으로 낮추고 감압 하에서 농축한 후 컬럼 정제하여 12.48g (수율 61%)의 화합물 4를 제조하였다.
MS[M+H]+= 588
제조예 5. 화합물 5의 제조
Figure pat00023
3-브로모-1-클로로트리페닐렌 (10g,29.41mmol)을 디메틸포름아마이드 90ml 에 완전히 녹인 후 환류될 때까지 온도를 높이면서 교반하였다. 환류되기 시작하면 사이아나이드 아연 (1.73g, 14.71mmol)와 테트라키스(트리페닐 포스핀)팔라듐(0) 5mol%를 천천히 투입하고 3시간 후 반응 종료하여 온도를 상온으로 낮추고 감압 하에서 농축한 후 컬럼 정제하여 5.74g (수율 68%)의 중간체 5-1을 제조하였다.
상기 중간체 5-1 (5.74g, 19.99mmol)과 2-(3-(디벤조[b,d]퓨란-4-일)페닐)-4,4,5,5-테트라메틸-1,3,2-디옥사보롤란 (8.14g, 21.99mmol) 그리고 테트라키스(트리페닐 포스핀)팔라듐(0) 2mol%를 테트라하이드로퓨란 60ml에 넣고 포타슘 카보네이트 (8.29g, 59.97mmol) 수용액과 섞어 교반하며 환류될 때까지 온도를 높였다. 환류되기 시작하고 8시간 후 반응 종료하여 온도를 상온으로 낮추고 감압 하에서 농축한 후 컬럼 정제하여 6.93g (수율 70%)의 화합물 5를 제조하였다.
MS[M+H]+= 496
제조예 6. 화합물 6의 제조
Figure pat00024
상기 중간체 5-1 (10.0g, 34.84mmol)과 2-(3-(디벤조[b,d]티오펜-2-일)페닐)-4,4,5,5-테트라메틸-1,3,2-디옥사보롤란 (14.80g, 38.32mmol) 그리고 테트라키스(트리페닐 포스핀)팔라듐(0) 2mol%를 테트라하이드로퓨란 100ml에 넣고 포타슘 카보네이트 (14.44g, 104.52mmol) 수용액과 섞어 교반하며 환류될 때까지 온도를 높였다. 환류되기 시작하고 6시간 후 반응 종료하여 온도를 상온으로 낮추고 감압 하에서 농축한 후 컬럼 정제하여 12.99g (수율 73%)의 화합물 6을 제조하였다.
MS[M+H]+= 512
제조예 7. 화합물 7의 제조
Figure pat00025
상기 중간체 5-1 (10.0g, 34.84mmol)과 4,4,5,5-테트라메틸-2-(6-페닐디벤조 [b,d]퓨란-2-일)-1,3,2-디옥사보롤란 (14.18g, 38.32mmol) 그리고 테트라키스(트리페닐 포스핀)팔라듐(0) 2mol%를 테트라하이드로퓨란 100ml에 넣고 포타슘 카보네이트 (14.44g, 104.52mmol) 수용액과 섞어 교반하며 환류될 때까지 온도를 높였다. 환류되기 시작하고 4시간 후 반응 종료하여 온도를 상온으로 낮추고 감압 하에서 농축한 후 컬럼 정제하여 11.38g (수율 66%)의 화합물 7을 제조하였다.
MS[M+H]+= 496
제조예 8. 화합물 8의 제조
Figure pat00026
상기 중간체 5-1 (10.0g, 34.84mmol)과 4,4,5,5-테트라메틸-2-(4-(6-페닐디벤포[b,d]티오펜-1-일)페닐)-1,3,2-디옥사보롤란 (17.71g, 38.32mmol) 그리고 테트라키스(트리페닐 포스핀)팔라듐(0) 2mol%를 테트라하이드로퓨란 100ml에 넣고 포타슘 카보네이트 (14.44g, 104.52mmol) 수용액과 섞어 교반하며 환류될 때까지 온도를 높였다. 환류되기 시작하고 9시간 후 반응 종료하여 온도를 상온으로 낮추고 감압 하에서 농축한 후 컬럼 정제하여 14.32g (수율 70%)의 화합물 8을 제조하였다.
MS[M+H]+= 588
제조예 9. 화합물 9의 제조
Figure pat00027
상기 중간체 1-1 (10g, 34.84mmol)과 (3-(9H-카바졸-9-일)페닐)보론산 (11.00g, 38.32mmol) 그리고 테트라키스(트리페닐 포스핀)팔라듐(0) 2mol%를 테트라하이드로퓨란 100ml에 넣고 포타슘 카보네이트 (14.44g, 104.52mmol) 수용액과 섞어 교반하며 환류될 때까지 온도를 높였다. 환류되기 시작하고 4시간 후 반응 종료하여 온도를 상온으로 낮추고 감압 하에서 농축한 후 컬럼 정제하여 10.16g (수율 59%)의 화합물 9를 제조하였다.
MS[M+H]+= 495
제조예 10. 화합물 10의 제조
Figure pat00028
상기 중간체 5-1 (10.0g, 34.84mmol)과 9-(3'-(4,4,5,5-테트라메틸-1,3,2-디옥사볼롤란-2-일)-[1,1'-비페닐]-3-일)-9H-카바졸 (17.06g, 38.32mmol) 그리고 테트라키스(트리페닐 포스핀)팔라듐(0) 2mol%를 테트라하이드로퓨란 100ml에 넣고 포타슘 카보네이트 (14.44g, 104.52mmol) 수용액과 섞어 교반하며 환류될 때까지 온도를 높였다. 환류되기 시작하고 7시간 후 반응 종료하여 온도를 상온으로 낮추고 감압 하에서 농축한 후 컬럼 정제하여 13.51g (수율 68%)의 화합물 10을 제조하였다.
MS[M+H]+= 571
제조예 11. 화합물 11의 제조
Figure pat00029
상기 중간체 1-1 (10g, 34.84mmol)과 7,7-디메틸-5,7-디하이드로인데노 [2,1-b]카바졸 (10.85g, 38.32mmol)을 자일렌(Xylene) 100ml에 완전히 녹인 후 소듐-tert-부톡사이드(4.02g, 41.81mmol)을 넣고 환류될 때까지 온도를 높이면서 교반하였다. 환류되기 시작하면 비스(트리-tert-부틸포스핀)팔라듐 1mol%를 천천히 떨어뜨리며 넣어주었다. 5시간 후 반응 종료하여 온도를 상온으로 낮추고 감압 하에서 농축한 후 컬럼 정제하여 11.17g (수율 60%)의 화합물 11을 제조하였다.
MS[M+H]+= 535
제조예 12. 화합물 12의 제조
Figure pat00030
상기 중간체 5-1 (10g, 34.84mmol)과 (4-(7-페닐인돌로[2,3-b]카바졸-5(7H)-일)나프탈렌-1-일)보론산 (19.24g, 38.32mmol) 그리고 테트라키스(트리페닐 포스핀)팔라듐(0) 2mol%를 테트라하이드로퓨란 100ml에 넣고 포타슘 카보네이트 (14.44g, 104.52mmol) 수용액과 섞어 교반하며 환류될 때까지 온도를 높였다. 환류되기 시작하고 6시간 후 반응 종료하여 온도를 상온으로 낮추고 감압 하에서 농축한 후 컬럼 정제하여 13.59g (수율 55%)의 화합물 12를 제조하였다.
MS[M+H]+= 710
제조예 13. 화합물 13의 제조
Figure pat00031
상기 중간체 5-1 (10g, 34.84mmol)과 5-페닐-12-(4-(4,4,5,5-테트라메닐-1,3,2-디옥사보롤란-2-일)페닐)-5,12-디하이드로인돌로[3,2-a]카바졸 (20.47g, 38.32mmol) 그리고 테트라키스(트리페닐 포스핀)팔라듐(0) 2mol%를 테트라하이드로퓨란 100ml에 넣고 포타슘 카보네이트(14.44g, 104.52mmol) 수용액과 섞어 교반하며 환류될 때까지 온도를 높였다. 환류되기 시작하고 5시간 후 반응 종료하여 온도를 상온으로 낮추고 감압 하에서 농축한 후 컬럼 정제하여 14.01g (수율 61%)의 화합물 13을 제조하였다.
MS[M+H]+= 660
실시예
< 실험예 1-1>
ITO(ndium tin oxide)가 1,000Å의 두께로 박막 코팅된 유리 기판을 세제를 녹인 증류수에 넣고 초음파로 세척하였다. 이 때, 세제로는 피셔사(Fischer Co.) 제품을 사용하였으며, 증류수로는 밀러포어사(Millipore Co.) 제품의 필터(Filter)로 2차로 걸러진 증류수를 사용하였다. ITO를 30분간 세척한 후 증류수로 2회 반복하여 초음파 세척을 10분간 진행하였다. 증류수 세척이 끝난 후, 이소프로필알콜, 아세톤, 메탄올의 용제로 초음파 세척을 하고 건조시킨 후 플라즈마 세정기로 수송시켰다. 또한, 산소 플라즈마를 이용하여 상기 기판을 5분간 세정한 후 진공 증착기로 기판을 수송시켰다.
이렇게 준비된 ITO 투명 전극 위에 m-MTDATA(60nm) / TCTA(80 nm) / Host + 10 중량% Ir(ppy)3(300nm)/ BCP(10 nm)/ Alq3(30 nm) / LiF(1 nm) / Al (200nm) 순으로 발광 소자를 구성하고, 상기 호스트(Host)로서 화합물 1을 사용하여 유기 발광 소자를 제조하였다.
m-MTDATA, TCTA, Ir(ppy)3 및 BCP의 구조는 각각 하기와 같다.
Figure pat00032
< 실험예 1-2>
상기 실험예 1-1에서 화합물 1 대신 상기 화합물 2를 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
< 실험예 1-3>
상기 실험예 1-1에서 화합물 1 대신 상기 화합물 3을 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
< 실험예 1-4>
상기 실험예 1-1에서 화합물 1 대신 상기 화합물 4를 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
< 실험예 1-5>
상기 실험예 1-1에서 화합물 1 대신 상기 화합물 5를 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
< 실험예 1-6>
상기 실험예 1-1에서 화합물 1 대신 상기 화합물 6을 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
< 실험예 1-7>
상기 실험예 1-1에서 화합물 1 대신 상기 화합물 7을 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
< 실험예 1-8>
상기 실험예 1-1에서 화합물 1 대신 상기 화합물 8을 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
< 실험예 1-9>
상기 실험예 1-1에서 화합물 1 대신 상기 화합물 9를 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
< 실험예 1-10>
상기 실험예 1-1에서 화합물 1 대신 상기 화합물 10을 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
< 실험예 1-11>
상기 실험예 1-1에서 화합물 1 대신 상기 화합물 11을 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
< 실험예 1-12>
상기 실험예 1-1에서 화합물 1 대신 상기 화합물 12를 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
< 실험예 1-13>
상기 실험예 1-1에서 화합물 1 대신 상기 화합물 13을 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
< 비교예 1-1>
상기 실험예 1-1에서 화합물 1 대신 GH 1을 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
Figure pat00033
< 비교예 1-2>
상기 실험예 1-1에서 화합물 1 대신 GH 2를 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
Figure pat00034
< 비교예 1-3>
상기 실험예 1-1에서 화합물 1 대신 GH 3을 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
Figure pat00035
실험예 1-1 내지 1-13, 비교예 1-1 및 1-3에 의해 제작된 유기 발광 소자에 전류를 인가하였을 때, 표 1의 결과를 얻었다.
화합물
(호스트)		 전압
(V@10mA/cm2)		 효율
(cd/A@10mA/cm2)		 EL 피크
(nm)
실험예 1-1 화합물 1 3.81 43.46 517
실험예 1-2 화합물 2 3.85 43.52 516
실험예 1-3 화합물 3 3.74 43.82 518
실험예 1-4 화합물 4 3.76 42.95 517
실험예 1-5 화합물 5 3.83 43.82 515
실험예 1-6 화합물 6 3.79 44.96 516
실험예 1-7 화합물 7 3.77 42.67 516
실험예 1-8 화합물 8 3.65 42.92 517
실험예 1-9 화합물 9 3.76 44.53 518
실험예 1-10 화합물 10 3.80 42.49 517
실험예 1-11 화합물 11 3.79 44.90 518
실험예 1-12 화합물 12 3.74 42.69 516
실험예 1-13 화합물 13 3.82 43.68 517
비교예 1-1 GH 1 5.56 38.07 517
비교예 1-2 GH 2 5.48 38.18 517
비교예 1-3 GH 3 5.63 39.44 517
실험 결과, 본 발명에 따른 화합물 1 내지 13으로 표시되는 화합물을 발광층의 호스트 물질로 사용하는 실험예 1-1 내지 1-13의 녹색 유기 EL 소자는 종래의 화합물인 GH 1 내지 GH 3을 사용하는 비교예 1-1 내지 1-3의 녹색 유기 EL 소자보다 전류 효율 및 구동전압 면에서 우수한 성능을 나타내었다.
구체적으로 본 발명의 화학식 1의 화합물을 사용한 실험예 1-1 내지 1-13과 비교예 1-1의 Ar1이 아릴기인 화합물 및 비교예 1-2의 Ar1이 페난쓰롤린기인 화합물을 비교하면, 본 발명의 Ar1이 화학식 2인 화합물이 저전압, 고효율에서 우수한 효과가 있음을 확인하였다.
또한, 비교예 1-3의 화합물은 트리페닐렌의 결합위치가 1, 4인 화합물은 본 발명의 결합위치가 1,3인 화합물보다 높은 전압 및 낮은 효율을 갖는 것을 확인하였다.
1: 기판
2: 양극
3: 발광층
4: 음극
5: 정공주입층
6: 정공수송층
7: 정공저지층
8: 전자수송층

Claims (8)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 화합물:
    [화학식 1]
    Figure pat00036

    상기 화학식 1에 있어서,
    X1 및 X2 중 하나는 니트릴기고,
    X1 및 X2 중 니트릴기가 아닌 치환기는 -L1-Ar1이며,
    L1은 직접결합; 또는 치환 또는 비치환된 아릴렌기이고,
    Ar1은 하기 화학식 2로 표시되며,
    [화학식 2]
    Figure pat00037

    상기 화학식 2에 있어서,
    Y는 O, S 또는 NR9이고,
    R1 내지 R9 중 하나는 상기 L1과 결합하고, 나머지는 각각 독립적으로 수소; 또는 치환 또는 비치환된 아릴기이거나, 인접한 기와 서로 결합하여 고리를 형성한다.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 화학식 2로 표시되는 Ar1은 하기 화학식 2-1 내지 2-5 중 어느 하나로 표시되는 것인 화합물.
    [화학식 2-1]
    Figure pat00038

    [화학식 2-2]
    Figure pat00039

    [화학식 2-3]
    Figure pat00040

    [화학식 2-4]
    Figure pat00041

    [화학식 2-5]
    Figure pat00042

    상기 화학식 2-1 내지 2-5에 있어서,
    R1 내지 R9 중 하나는 상기 L1과 결합하고, 나머지는 각각 독립적으로 수소; 또는 치환 또는 비치환된 아릴기이이고,
    R10은 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 알킬기; 또는 치환 또는 비치환된 아릴기이고,
    m은 0 내지 4의 정수이고, m이 2 이상인 경우, 상기 R10은 서로 같거나 상이하며,
    R11 내지 R13은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이다.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 L1은 직접결합; 치환 또는 비치환된 페닐렌기; 치환 또는 비치환된 비페닐릴렌기; 또는 치환 또는 비치환된 나프틸렌기인 것인 화합물.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 구조식들 중에서 선택되는 것인 화합물:
    Figure pat00043

    Figure pat00044

    Figure pat00045

    Figure pat00046

    Figure pat00047

    Figure pat00048

    Figure pat00049

    Figure pat00050

    Figure pat00051

    Figure pat00052
  5. 제1 전극; 상기 제1 전극과 대향하여 구비된 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비된 1층 이상의 유기물층을 포함하는 유기 발광 소자로서, 상기 유기물층 중 적어도 하나는 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 따른 화합물을 포함하는 것인 유기 발광 소자.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 유기물층은 발광층을 포함하고, 상기 발광층은 상기 화합물을 포함하는 것인 유기 발광 소자.
  7. 청구항 5에 있어서, 상기 유기물층은 전자주입층, 전자수송층, 또는 전자 주입 및 수송층을 포함하고, 상기 전자주입층, 전자수송층, 또는 전자 주입 및 수송층은 상기 화합물을 포함하는 것인 유기 발광 소자.
  8. 청구항 5에 있어서, 상기 유기물층은 정공주입층, 정공수송층, 또는 정공 주입 및 수송층을 포함하고, 상기 정공주입층, 정공수송층, 또는 정공 주입 및 수송층은 상기 화합물을 포함하는 것인 유기 발광 소자.
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